(57)【要約】【課題】高温の実装環境下及び実使用状態に於いて、電気的特性不良を生じない信頼性の高い半導体表示装置を提供することにある。【解決手段】上面側に複数のセグメント孔８が所定の位置に配設され、下面側を開口７とした略直方体形状のランプハウス１内に、前記各セグメント孔８に対応する位置に半導体発光素子３を実装したリードフレーム２を配設し、ランプハウス１内に透光性樹脂に拡散剤を混入した第一の封止樹脂５を充填して半導体発光素子３、ボンディングワイヤ４およびリードフレーム２の前記半導体発光素子３およびボンディングワイヤ４が実装された近傍を樹脂封止し、更に第一の封止樹脂５よりも拡散剤濃度が高い第二の封止樹脂６をランプハウス１内に充填して第一の封止樹脂５を覆うようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体の上に少なくとも１個の半導体発光素子が実装され、前記半導体発光素子および前記導電体の前記半導体発光素子が実装された近傍が第一の封止樹脂で覆われるように樹脂封止され、前記第一の封止樹脂の前記半導体発光素子の光出射方向と反対側の面上に第二の封止樹脂が配置されてなる半導体表示装置であって、前記第一の封止樹脂および前記第二の封止樹脂はともに同一成分からなり、前記第二の封止樹脂は前記第一の封止樹脂よりも弾性が高いことを特徴とする半導体表示装置。
【請求項２】
前記第一の封止樹脂および前記第二の封止樹脂ともに拡散剤を含有し、前記第二の封止樹脂は前記第一の封止樹脂よりも前記拡散剤の濃度が高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体表示装置。
【請求項３】
前記第二の封止樹脂が含有する拡散剤の濃度が３０〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項２に記載の半導体表示装置。
【請求項４】
前記拡散剤がガラスフィラーおよびシリカのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の半導体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体表示装置に関するものであり、詳しくは、バー表示、レベル表示、数字表示、ドットマトリックス表示、面表示等に使用される、半導体発光素子を光源とする半導体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体表示装置には以下のようなものがある。それは、図７に示すように、夫々内周面を反射面５０とする複数のセグメント孔５１が所定の位置に配設された反射板５２に透光性樹脂５３が充填され、各セグメント孔５１に対応する位置に発光ダイオード５４を実装したリードフレーム５５が透光性樹脂５３内に埋設されていると共に、反射板５２の裏面側の透光性樹脂５３表面には黒色被膜５６が設けられている。
【０００３】
上記構成の半導体表示装置において、いずれか一方の発光ダイオード５４が点灯状態、他方の発光ダイオード５４が消灯状態にある場合、点灯状態の発光ダイオード５４から出射して透光性樹脂５３内に導入された光の一部は、矢印Ｂ方向に導光されてセグメント孔５１から外部に照射される。
【０００４】
同様に、点灯状態の発光ダイオード５４から出射して透光性樹脂５３内に導入された光の一部は、漏光となって反射板５２とリードフレーム５５との間隔５７内およびリードフレーム５５間の間隔５８を介してリードフレーム５５と黒色被膜５６との間の薄層５９内を導光される。
【０００５】
このとき、薄層５９内を導光された光は黒色被膜５６で吸収されるため、隣接するセグメント孔５１に至る漏光は反射板５２とリードフレーム５５との間隔５７内を導光された矢印Ｃで示す僅かな量である。よって、隣接するセグメント孔５１への光の漏洩を確実に防止できる、というものである（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特広平７−９２６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、透光性樹脂と該透光性樹脂に埋設されたリードフレームとは線膨張係数が大きく異なり、透光性樹脂の線膨張係数はリードフレームの５倍以上となっている。そのため、従来の半導体表示装置をマザー基板にはんだ実装する場合、透光性樹脂とリードフレームとの線膨張係数の差に起因する熱応力によってリードフレームに実装された発光ダイオードに架空配線したボンディングワイヤ（図７では図示されていない）に変形や断線等の不具合が発生し、電気的特性不良に至る可能性がある。
【０００７】
また、マザー基板実装後においても、半導体表示装置の点滅の繰り返しによる温度変化によって透光性樹脂が膨張収縮を繰り返し、そのときの熱応力も上記同様の作用を及ぼして電気的特性不良に至る可能性がある。
【０００８】
特に、近年では鉛フリーはんだ実装に伴ってはんだ付け温度が上昇しており、従来の構成の半導体表示装置では熱耐力が追随しきれない状態が生じている。熱容量の小さい小型化された半導体表示装置においては益々熱による悪影響は避けられない状況となっている。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、高温の実装環境下及び実使用状態に於いて、電気的特性不良を生じない信頼性の高い半導体表示装置を提供することにある。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、導電体の上に少なくとも１個の半導体発光素子が実装され、前記半導体発光素子および前記導電体の前記半導体発光素子が実装された近傍が第一の封止樹脂で覆われるように樹脂封止され、前記第一の封止樹脂の前記半導体発光素子の光出射方向と反対側の面上に第二の封止樹脂が配置されてなる半導体表示装置であって、前記第一の封止樹脂および前記第二の封止樹脂はともに同一成分からなり、前記第二の封止樹脂は前記第一の封止樹脂よりも弾性が高いことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記第一の封止樹脂および前記第二の封止樹脂ともに拡散剤を含有し、前記第二の封止樹脂は前記第一の封止樹脂よりも前記拡散剤の濃度が高いことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項３に記載された発明は、請求項２において、前記第二の封止樹脂が含有する拡散剤の濃度が３０〜４０ｗｔ％であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項４に記載された発明は、請求項２または３のいずれか１項において、前記拡散剤がガラスフィラーおよびシリカのうちのいずれか一方であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体発光装置は、導電体の上に少なくとも１個の半導体発光素子を実装し、前記半導体発光素子および前記導電体の前記半導体発光素子を実装した近傍を第一の封止樹脂で樹脂封止し、前記第一の封止樹脂の前記半導体発光素子の光出射方向と反対側の面と界面を形成するように、前記第一の封止樹脂よりも弾性が高い第二の封止樹脂を配置した。
【００１５】
その結果、加熱時あるいは温度変化の環境下において、第一の封止樹脂の熱応力による導電体の移動量が第二の封止樹脂で抑制され、半導体発光素子やボンディングワイヤの異常な動きにより生じる不具合を低減することができる。
【００１６】
また、第一の封止樹脂を一次硬化と二次硬化の２段階を踏んで硬化させたことにより第一の封止樹脂に内在する応力を低減することができ、このことも半導体発光素子およびボンディングワイヤの不具合の発生要因を低減させるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００１８】
図１は本発明の半導体表示装置に係わる実施形態の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態は主にランプハウス１、リードフレーム２、半導体発光素子３、ボンディングワイヤ４、第一の封止樹脂５および第二の封止樹脂６で構成されている。
【００１９】
ランプハウス１は反射性および遮光性を有する樹脂材料からなり、下面側を開口７とした略直方体形状を呈している。そして、上面側には複数のセグメント孔８が所定の位置に配設され、各セグメント孔８の内周面９は反射面となっている。
【００２０】
リードフレーム２は金属材料からなり、略コ字形状を呈している。そして、ランプハウス１内のセグメント孔８底部に位置し、各セグメント孔８に対応する位置にははんだ等の導電性接合部材１０を介してＬＥＤ等の半導体発光素子３が載設され、半導体発光素子３の一方の電極と前記半導体発光素子３が載設されたリードフレーム２との電気的導通が図られている。
【００２１】
また、半導体発光素子３の他方の電極と上記半導体発光素子３が載設されたリードフレーム２とは分離・独立した他のリードフレーム２とがボンディングワイヤ４を介して電気的導通が図られている。
【００２２】
そして、セグメント孔８を含むランプハウス１内に第一の封止樹脂５が充填され、該第一の封止樹脂５によって各半導体発光素子３、ボンディングワイヤ４およびリードフレーム２の前記半導体発光素子３が載設され且つ前記ボンディングワイヤ４が架空配線された近傍が樹脂封止されている。特に、セグメント孔８内に充填された第一の封止樹脂５はランプハウス１の上面１１と略面一となっている。
【００２３】
第一の封止樹脂５は、透光性樹脂にガラスフィラーあるいはシリカ等からなる拡散剤が混入されてなり、この場合、第一の封止樹脂５の拡散剤配合比（濃度）は約５ｗｔ％が好ましい。
【００２４】
更に、ランプハウス１内には上記第一の封止樹脂５を覆うように第二の封止樹脂６が充填されている。なお、第二の封止樹脂６は第一の封止樹脂５と構成材料は同様で拡散剤濃度だけが異なり、第二の封止樹脂６は第一の封止樹脂５よりも拡散剤濃度を高く設定している。
【００２５】
次に、本実施形態の製造方法について図３を参照して説明する。まず、（ａ）の工程において、ランプハウス１を裏返して開口７を上に向け、ランプハウス１の上面１１を封止樹脂漏れ止め用テープ１５に貼り付ける。
【００２６】
（ｂ）の工程において、ランプハウス１内に第一の封止樹脂５を注入してランプハウス１内の途中まで満たす。
【００２７】
（ｃ）の工程において、半導体発光素子３を実装したリードフレーム２を液状の第一の封止樹脂５内に沈めてセグメント孔８の底部に位置させ、本来の硬化温度よりも低い温度（８０〜１００℃）で加熱して第一の封止樹脂５を一次硬化させる。
【００２８】
（ｄ）の工程において、第二の封止樹脂６をランプハウス１内に注入してランプハウス１から漏れ出さない程度に満たし、一次硬化よりも高い本来の硬化温度（１１０〜１３０°）で加熱して第二の封止樹脂６を硬化させると共に第一の封止樹脂５を二次硬化させる。
【００２９】
（ｅ）の工程において、ランプハウス１を封止樹脂漏れ止め用テープ１５から剥がすと半導体表示装置が完成する。
【００３０】
ところで、上記「発明が解決しようとする課題」のなかで述べたように、半導体発光素子が実装されたリードフレームが封止樹脂で樹脂封止されている場合、何らかの理由で加熱されたり、温度変化が加わったときに封止樹脂とリードフレームとの線膨張係数の差に起因する熱応力によってリードフレームに実装された半導体発光素子に架空配線したボンディングワイヤに変形や断線等の不具合が発生し、電気的特性不良に至る可能性がある。
【００３１】
そこで、本発明は上記問題を解決するために、透光性樹脂および拡散剤で構成される封止樹脂は、拡散剤濃度が高くなるほど線膨張係数が小さくなってリードフレームの線膨張係数に近づくと共に、弾性率が大きくなって剛性が向上するという点に注目し、半導体発光素子とリードフレームの前記半導体素子が実装された近傍とを拡散剤の混入濃度の低い第一の封止樹脂で樹脂封止し、更に第一の封止樹脂の上に第一の封止樹脂の拡散剤混入濃度よりも高い濃度で拡散剤を混入した第二の封止樹脂を充填してリードフレームの一部を覆うようにした。
【００３２】
その結果、加熱時あるいは温度変化の環境下において、第一の封止樹脂の熱応力によるリードフレームの移動量が第二の封止樹脂で抑制され、半導体発光素子やボンディングワイヤの異常な動きにより生じる不具合を低減することができる。
【００３３】
また、第一の封止樹脂を一次硬化と二次硬化の２段階を踏んで硬化させたことにより第一の封止樹脂に内在する応力を低減することができ、このことも半導体発光素子およびボンディングワイヤの不具合の発生要因を低減させるものである。
【００３４】
つまり、第一の封止樹脂に混入する拡散剤の濃度は光学的な観点から設定され、第二の封止樹脂の濃度は物性的な観点から設定される。そのため、封止樹脂を２層構造にした効果は大きく、しかも第一の封止樹脂と第二の封止樹脂とは構成材料が同一であるために互いの界面での剥離がほとんどなく、信頼性に悪影響を及ぼすようなことはない。
【００３５】
図４および図５は第二の封止樹脂に混入する拡散剤の濃度と汎用鉛フリーディップ装置によるはんだ実装実験による第二の封止樹脂のクラックの発生状況および製造時の第二の封止樹脂の作業性との関係を物性値の変化と共に表したものである。図４は拡散剤がガラスフィラーの場合、図５は拡散剤がシリカの場合を示している。
【００３６】
図４より、第二の封止樹脂の物性値に顕著な変化（特に、線膨張係数が小さくなってリードフレームの線膨張係数に近づくと共に硬度が上昇する）が現われるのは拡散剤（ガラスフィラー）の濃度が３０ｗｔ％以上になったときであり、濃度が４０ｗｔ％を超えるとクラックが発生し、粘度も高くなって製造時の作業性も悪くなる。
【００３７】
よって、透光性樹脂および拡散剤となるガラスフィラーからなる第二の封止樹脂において、ガラスフィラーの濃度は３０〜４０ｗｔ％が好ましいことがわかる。
【００３８】
また図５より、シリカを拡散剤として混入した第二の封止樹脂は上記ガラスフィラーを混入した第二の封止樹脂よりも物性値は劣るが（特に、線膨張係数が大きい）、全体的には上記ガラスフィラーを混入した第二の封止樹脂と同様の効果が期待できる値を示している。
【００３９】
但し、拡散剤の濃度が高すぎると図４および図５でわかるように脆くなってクラックが生じると共に粘度が高くなって製造時の作業性が低下する。
【００４０】
本実施形態では導電材料にリードフレームを採用して該リードフレームに半導体発光素子を実装したが、図６に示すように表面に回路パターン１２を設けたリードピン１３付きのプリント基板１４等、リードフレームに限らず様々な導電部材が使用できる。
【００４１】
上述した実施形態は図２のように数字表示装置を例にとって説明したが、構成が同様なものであれば数字表示装置に限らず各種用途の表示装置に適応可能である。
【００４２】
上述した本発明の半導体表示素子は従来の半導体表示素子と同様の材料で構成でき、構成部品も増えることがない。そのため従来の製造設備がそのまま使用でき、新規の設備投資の必要がない。また、製品の寸法、重量も従来とほとんど変わらないために、ユーザにとっても使い勝手のよいものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の半導体表示装置に係わる実施形態の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の半導体表示装置に係わる製造工程図である。
【図４】本発明の半導体表示装置の試験結果を示すデータシートである。
【図５】本発明の半導体発光装置の他の試験結果を示すデータシートである。
【図６】本発明の半導体表示装置に係わる他の実施形態の断面図である。
【図７】従来例の半導体表示装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    ランプハウス
２    リードフレーム
３    半導体発光素子
４    ボンディングワイヤ
５    第一の封止樹脂
６    第二の封止樹脂
７    開口
８    セグメント孔
９    内周面
１０    導電性接合部材
１１    上面
１２    配線パターン
１３    リードピン
１４    プリント基板
１５    封止樹脂漏れ止め用テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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